金属辅助化学刻蚀制备 GaN 和 InGaN 纳米线:实验和理论研究*

金属辅助化学刻蚀制备 GaN 和 InGaN 纳米线:实验和理论研究*

1. 概述

        本工作研究了在氢氟酸(HF)溶液中通过金属辅助化学蚀刻制备的氮化镓(GaN)和铟镓氮(InGaN)纳米线(NW)的光学和结构特性。与生长时的样品相比,GaN和InGaN纳米结构的发射光谱表现出红移,这是由于这些纳米结构中的表面体积比和应力弛豫的增加所致。测量了GaN和InGaN纳米阱的载流子寿命。此外,使用广义梯度近似(GGA),包括Hubbard U参数,对GaN和InGaN纳米线进行了密度泛函理论(DFT)研究。DFT计算证实了纳米线中存在压应力,这表明它引起了晶格参数沿c方向的变化。形成能计算表明,与天然点缺陷(如Ga和N空位)相比,In在GaN纳米线中是一种更稳定的掺杂剂。此外,电子结构分析表明,由In的存在和空位缺陷形成的复杂缺陷使价带最大值移动,从而改变纳米线的导电性能。

2. 样品制备

        本研究中使用来自我司的无意Si掺杂的n型GaN外延层膜和在Si掺杂的n型GaN上生长的未掺杂的InxGa1-xN外延材料。GaN样品的电阻率为0.05Ω.cm,厚度约为30μm;InxGa1-xN(x=0.2)样品的厚度为400nm厚度。具体GaN和InGaN样品的结构如图1(a)所示。

        在纳米线合成之前,通过在丙酮和2-丙醇中分别超声处理5分钟来清洁GaN和InGaN衬底。然后,将样品在65°C的HNO3中浸泡15分钟,然后在去离子水和甲醇中漂洗。在清洁工艺之后,使用溅射系统在GaN和InGaN样品上沉积两个由5mm分隔的10nm厚Pt的窄条。对于GaN和InGaN样品,使用金属辅助化学蚀刻方法在H2O2:HF:CH3OH(2:1:2)溶液中在UV照射下分别合成纳米线180分钟和30分钟。化学蚀刻后,将样品从溶液中取出,并用去离子水冲洗。

GaN 和 InGaN 样品结构

图1 (a) GaN 和 InGaN 样品结构;(b)、(c)蚀刻 180 分钟的纤锌矿GaN 纳米线的SEM图像和 X 射线衍射图;(d)、(e) 蚀刻 30 分钟的 InGaN纳米线和生长的 InGaN 的 SEM 图像和 X 射线衍射图

3. 结论

        本工作采用金属辅助光化学化学蚀刻法合成了GaN和InGaN纳米晶体。与相应的大块材料相比,两种纳米线都表现出PL位移,这归因于压缩应力的松弛。

        DFT结果表明,在纳米线结构中,In的偏析不是优选的,这表明与本体相比,InGaN纳米线中的InN波动减小。此外,DFT计算表明,通过仔细选择In和其他空位缺陷,可以调节纳米线导电/光学性质。

        这些低成本的纳米线将在发光二极管、激光器、光电探测器、PEC水分解和光电电极中具有潜在的应用。

 

        更多GaN和InGaN样品信息或疑问,请邮件咨询:vp@honestgroup.cn